ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HIỆU QUẢ XỬ LÍ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG TẢO 1.Lí chọn đề tài Hiện môi trường nước sông, hồ chịu sức ép lớn từ nguồn thải hoạt động sinh hoạt người dân hoạt động phát triển kinh tế Tỷ lệ phần trăm lượng nước thải xử lý thấp ảnh hưởng lớn đến trạng chất lượng môi trường nước sông, hồ đô thị Nước thải sinh hoạt loại nước sau sử dụng thải từ hoạt động người dân như: tắm giặt, vệ sinh cá nhân, nấu ăn,… khu vực: đô thị, trung tâm thương mại, khu vui chơi giải trí, quan, trường học, cộng đồng dân cư Nước thải sinh hoạt có thành phần phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chất vơ hữu có nước thải sinh hoạt bao gồm chất rắn lửng lơ, amoni, bod, nito tổng, photpho, cod, dầu mỡ, xà phòng, chất hoạt động bề mặt,… Phần lớn nước thải sinh hoạt chưa xử lý thải trực tiếp sông, hồ, ao nguồn tiếp nhận gây nhiều hậu nghiêm trọng Trên thực tế có nhiều phương pháp xử lý nước thải, tính chất thành phần nước thải khác nên cần lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp Hiện nay, xử lý nước thải sinh hoạt phương pháp sinh học coi phương pháp thân thiện với môi trường ứng dụng nhiều nước giới (Mỹ, Trung Quốc…) Việt Nam Tảo nhóm vi sinh vật có khả quang hợp, chúng tồn dạng đơn bào (kích thước nhỏ) đa bào (kích thước đến vài mét) Tảo loại thực vật có tốc độ sinh trưởng nhanh, có khả chịu đựng mơi trường, có phát triển nước thải, có hàm lượng chất dinh dưỡng hàm lượng protein cao Nhờ khả thích ứng nhanh với điều kiện môi trường khác cộng với giá trị dinh dưỡng protein cao nên người ta thường ứng dụng tảo việc xử lý nước thải.Với tác dụng tảo xử lí nước thải chúng lấy chất dinh dưỡng chất hữu nguồn nước để chuyển hóa thành chất dinh dưỡng tế bào trình quang hợp.Tảo hấp thụ biến lượng mặt trời thành đường, tinh bột Vì lợi dụng trình xử lý nước thải mà tảo chuyển đổi lượng mặt trời thành lượng thể giúp chúng tăng khả sinh sống tồn lâu môi trường nước.Nhờ tảo mà mầm bệnh nguồn nước thải loại bỏ hoàn toàn chúng bị tiêu diệt nhờ độc tố tiết từ thể tảo Cũng ưu điểm phương pháp xử lý với chi phí thấp để loại bỏ chất hữu cơ, chất dinh dưỡng (P, N) mầm bệnh, tối ưu hấp thụ chất dinh dưỡng hiệu cung cấp oxy trình quang hợp cho vi sinh vật Ít sử dụng hóa chất, quy trình xử lý đơn giản, tạo bùn mức độ thấp Bùn hệ thống xử lí nước thải tảo tạo sinh khối lượng lớn, dùng làm phân bón Giúp giải phóng nguồn CO2, khơng phát sinh mùi Chính việc sử dụng tảo xử lí nước thải sinh hoạt phương pháp sinh học ứng dụng nhiều Việt Nam Để đảm bảo hiểu xử lí nước thải sinh hoạt tảo cần phải đảm bảo yếu tố cần thiết cho tảo sinh trưởng phát triển : + ánh sáng: góp phần quan trọng vào q trình quang hợp Tảo có đặc điểm hiệu ứng lại với tăng lên cường độ ánh sáng Khi cường độ ánh sáng mức thấp tỉ lệ quang hợp thực cân với tỉ lệ hô hấp Đây gọi điểm bù trừ ( Garham ctv., 2000) Dựa loài tảo mà khoảng cường độ chiếu sáng tối ưu thời gian chiếu sáng thích hợp riêng + Nhiệt độ : bên cạnh ánh sáng nhiệt nhiệt độ góp phần đáng kể đến phát triển tảo Nếu nhiệt độ thích hợp tảo phát triển nhanh, thời gian tảo tàn kéo dài Ngược lại nằm ngồi khoảng chịu đựng tảo tế bào loại tảo bị ưu trương hay nhược trương dẫn tới tảo bị kìm hãm phát triển chết ( Phạm Thị Diễm Phương, 2012 ) + pH : pH nhân tố biểu thị cho phát triển mật độ tảo Theo Coutteau (1996), Tảo sống ngưỡng pH từ 7-9 ph tối ưu từ 8,2-8,7 ph khơng ổn định dẫn tới tế bào bị phá vỡ tảo chết đột ngột + Độ mặn : Tảo loại có khả mơi trường rộng muối cao, số lồi tảo biển hóa phá triển môi trường nước Theo Coutteau (1996), tảo sống sinh trưởng mơi trường có độ mặn thấp mơi trường sống ban đầu tới 15 ppt Độ mặn tối ưu cho tảo phát triển từ 20 – 24 ppt Trong trình xử lí nước thải sinh hoạt cần phải đảm bảo yếu tố, thành phần phù hợp cho tảo phát triển , tránh yếu tố gây ảnh hưởng tới trình hoạt động sinh học tảo tử hiệu xử lí nước thải đảm bảo.Chính tơi thực đề tài : “ Đánh giá số yếu tố ảnh hưởng tới hiệu xử lí nước thải sinh hoạt tảo ” Phần NỘI DUNG THỰC HIỆN (3-5 trang) Mỗi nội dung viết 0,5-1 trang VẤN ĐỀ CHÍNH trình bày nội dung (nếu có số liệu/kết nghiên cứu minh chứng cho vấn đề, phải trích dẫn theo quy định) Kết thúc phần tài liệu tham khảo phần đó, liệt kê tài liệu tham khảo cho phần Chương Tổng quan nghiên cứu Cụ thể thông tin, thiếu tài liệu tham khảo 1.1 Hiện trạng phát sinh công nghệ xử lí nước thải sinh hoạt 1.1.1 Hiện trạng phát sinh nước thải sinh hoạt Nguồn phát sinh, lưu lượng, hệ số phát sinh, đặc tính nước thải Nước thải nước qua trình sử dụng người người thải môi trường Thành phần nước thải chủ yếu tạp chất vô cơ, hữu cơ, vi sinh vật… Nước thải vào môi trường tác động tiêu cực đến môi trường gây mùi hôi thối, ảnh hưởng tới trình sinh trưởng phát triển sinh vật, gây biến đổi tính chất mơi trường tiếp nhận (Văn Hữu Tập, 2015) Nước thải sinh hoạt: nước thải từ khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, khu vực công sở, trường học… Thông thường nước thải sinh hoạt chia làm hai loại nước đen nước xám - Nước đen nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn chất ô nhiễm, chủ yếu chất hữu cơ, vi sinh vật gây bệnh cặn lơ lửng - Nước xám nước phát sinh từ trình rửa, tắm, gặt với thành phần chất ô nhiễm không đáng kể Các thành phần ô nhiễm đặc trưng thường thấy nước thải sinh hoạt BOD, COD, Nito Photpho Đặc trưng nước thải sinh hoạt thường chứa nhiều tạp chất khác nhau, khoảng 52% chất hữu cơ, 48% chất vô số lớn vi sinh vật Phần lớn vi sinh vật nước thải thường dạng vi rút vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn… Ta thấy hàm lượng dinh dưỡng nước thải sinh hoạt cao ví dụ hàm lượng Nito tổng số 40 mg/l, BOD5 200 mg/l, Phophat tổng số 10 mg/l nhiều thông số cao quy định cho phép nhiều lần Mà thơng thường q trình xử lý sinh học cần chất dinh dưỡng theo tỷ lệ BOD5 : N : P = 100 : : Vì muốn xử lý sinh học cần phải tiến hành đưa nước thải điều kiện thích hợp với sinh vật xử lý Một tính chất đặc trưng nước thải sinh hoạt khơng phải tồn chất hữu cư phân hủy sinh học mà khoảng 20 – 40% BOD khỏi q trình xử lý với bùn ( Bảng 1.1) Bảng 1.1 Thành phần đặc trưng loại nước thải sinh hoạt STT Thông số Nồng độ ( mg/l) Tổng chất rắn (TS) Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) Nito tổng số (TN) Nhu cầu oxy sinh hố (BOD5) Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) Photphat tổng số (TP) Dầu, mỡ động thực vật Cao Thấp TB ≥ 1200 ≤ 350 700 ≥ 350 ≤ 100 250 ≥ 85 ≤ 20 40 ≥ 300 ≤ 100 200 ≥ 1500 ≤ 250 500 ≥ 20 ≤6 10 ≥ 150 ≤ 50 100 Nguồn: Nguyễn Thị Kim Thái, Lê Hiền Thảo (1999) 1.1.2 Các cơng nghệ xử lí nước thải sinh hoạt Ưu điểm, nhược điểm cơng nghệ hóa học, vật lý, sinh học; giới thiệu số hệ thống xử lý (quy trình xử lý) Các loại nước thải khác có thành phần tính chất loại chất gây nhiễm bẩn khác Tùy thuộc vào thành phần tính chất loại mà ta lựa chọn hay nhiều biện pháp xử lí khác để đạt hiệu tốt Theo Hồng Văn Huệ (2010), cơng nghệ xử lý nước thải nói chung nước thải sinh hoạt nói riêng phân loại sau: a Xử lý phương pháp học Trong nước thải thường chứa loại tập chất rắn theo rơm, cỏ, gỗ, giấy… Ngồi có chất rắn lơ lửng dạng huyền phù khó lắng Các loại tạp chất xử lí học thích hợp (trừ hạt dạng chất rắn keo) Các phương pháp lọc học phổ biến nay: song chắn rác, lưới lọc, bể lắng, tách dầu mỡ, lọc học, Ưu điểm:Tách hồn tồn chất vơ cơ, chất thải rắn khỏi nguồn nước bao gồm giẻ rách, mảnh vụn, giấy, bao bì nylon, vỏ hộp,…; Điều hòa điều chỉnh lưu lượng, nồng độ nguồn nước ổn định hơn; Loại bỏ chất thải có kích thước sạn, cát, sỏi, đất, đá,…; Nâng cao trì cho giai đoạn xử lý phía sau diễn thuận lợi Nhược điểm: Hiệu xử lí nồng độ chất ô nhiễm không caoCần kết hợp với nhiều q trình xử lí khác b Xử lý phương pháp hóa lí Phương pháp bao gồm: keo tụ đông tụ, hấp phụ, tuyển nổi, trao đổi ion, ,… Bản chất phương pháp hóa lý áp dụng q trình vật lý hóa học để đưa vào nước thải chất phản ứng để gây tác động với tạp chất bẩn, biến đổi hóa học, tạo thành chất khác dạng cặn chất hòa tan khơng độc hại gây ô nhiễm môi trường Các phương pháp thường sử dụng là: keo tụ; hấp phụ, tuyển nổi, trao đổi ion, Ưu điểm: Giai đoạn xử lý hóa lý giai đoạn xử lý độc lập xử lý với phương pháp khác cơng nghệ xử lý hồn chỉnh Nhược điểm: Để lại cặn sau xử lý c Xử lý phương pháp hóa học Cơ sở phương pháp hóa học phản ứng hóa học, q trình hóa lí diễn chất bẩn với hóa chất cho thêm vào Phương pháp bao gồm có: trung hòa, oxy hóa khử: Ưu điểm:Ngun liệu hố chất dễ mua; Phương pháp xử lý hóa học dễ sử dụng, dễ quản lý; Không gian xử lý nước thải nhỏ, có hiệu xử lý cao, thường sử dụng hệ thống xử lý nước khép kín Nhược điểm:Chi phí xử lý hố chất có giá thành cao; Chi phí vận hành cao, khơng thích hợp cho hệ thống xử lý nước thải với quy mô lớn d Xử lý phương pháp sinh học Theo Lương Đức Phẩm (2008), công nghệ sinh học xử lý môi trường phương pháp dựa hoạt động sống vi sinh vật, chủ yếu vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có nước thải Q trính hoạt động chúng sử dụng chất hữu gây nhiễm bẩn nước làm thức ăn Quá trình dinh dưỡng làm cho chúng sinh sản, phát triển tăng sinh khối đồng thời làm chất hữu hòa tan hạt keo phân tán nhỏ Một số phương pháp xử lí nay: Cánh đồng lọc, sử dụng bùn hoạt tính, sử dùng màng sinh học, Ưu điểm: Tiết giảm chi phí tính ổn định, thân thiện với môi trường, dễ vận hành; Hiệu lực xử lý hợp chất gây ô nhiễm cao, chi phí vận hành bảo dưỡng thấp Nhược điểm: Cần diện tích khơng gian lớn để xử lý nguồn nước; Quá trình cho vi sinh vật phát triển tốn nhiều thời gian khó kiểm sốt; Thời gian vận hành hệ thống dài; Vật liệu lọc để sử dụng thường có giá thành cao 1.1.3 Ứng dụng cơng nghệ xử lí nước thải tảo lơ lửng 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới tảo lơ lửng xử lí nước thải sinh hoạt 1.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển tảo Phần phải chứng minh chọn pH độ mặn’ Nitơ cần thiết cho nhiều thành phần chức tảo, bao gồm cấu trúc protein enzyme, axit nucleic, diệp lục phân tử vận chuyển lượng Tế bào tảo thích nghi để đồng hóa N cần dựa hình thức nồng độ có sẵn Ngồi việc đồng hóa trực tiếp, NH 4+ loại bỏ thông qua bay dạng amoniac (NH3) điều kiện bản, độ pH tăng hậu phát triển tảo Photpho sử dụng tảo cho số thành phần, bao gồm phospholipid, protein axit nucleic, quan trọng chu trình lượng tế bào tảo Sự hấp thu chế việc sử dụng tế bào tảo phụ thuộc vào nồng độ P nước thải 1.2.2 Ảnh hưởng pH pH ảnh hưởng nào, khoảng phù hợp với tảo/không phù hợp? 1.2.3 Ảnh hưởng độ mặn Thành phần hóa học tảo thay đổi bị stress độ mặn Thành phần lipid acid béo tảo thay đổi ĐK không thuận lợi cho sinh trưởng tảo tích lũy lipid giọt dầu tế bào chất (Brown et al., 1989; Roessler, 1990) Khi môi trường biến động gây stress cho sinh trưởng tế bào thiếu hụt dinh dưỡng, tảo tích lũy lipid Khi độ mặn tăng, tỉ lệ % acid béo bảo hòa tảo giảm acid béo khơng bảo hòa lại tăng (Kirrolia et al., 2011) Stress độ mặn ảnh hưởng đến: Tốc độ hô hấp, tốc độ quang hợp, Muối khoáng, ion độc tố Độ thẩm thấu màng tế bào tảo (Sudhil, 2004) Khi stress độ mặn: Quang hợp giảm vận chuyển electron cho quang hợp bị giới hạn khí khổng bị đóng kín (Zhang et al., 2010) Sinh trưởng tảo bị giảm tích tụ proline glycine , enzyme để cân với nồng độ muối bên (Ahmed et al., 1989) Stress độ mặn dẫn đến thay đổi tỉ lệ ion tế bào tảo nhằm trì cân áp suất thẩm thấu để ngăn cản ảnh hưởng lên trình sinh lý học tảo Tỉ lệ anion cation thay đổi thay đổi độc tính mơi trường ảnh hưởng đến sinh lý SVTS ion hóa trị độc ion hóa trị (Bayly, 1969) Các loài tảo nước chủ yếu biến độ mặn tăng cao >10‰ (Cluie et al., 2002); Thành phần TVPD thay đổi theo độ mặn phần lớn tảo SV hẹp muối chúng bị xốc trao đổi áp suất thẩm thấu (Bisson Kirst, 1995) Độ mặn tăng nước giúp tảo lam phát triển ưu tối đa 16 ‰, cao tảo lục Hồ Muyall (Úc), tảo lục suy giảm độ muối 4-8‰, lúc Merismopedia (tảo lam) phong phú đến 16‰ Tảo lam chịu độ mặn cao tăng Zeaxanthin & xanthophyll nhân tố bảo vệ chống lại stress thẩm thấu Ở cửa sông Godavari độ mặn tăng cao >16‰ tảo khuê ưu nối tiếp sau tảo lam Đầu tiên nhóm tảo khuê nước hẹp muối (Cyclotella, Stephanodiscus, Asterionella) độ mặn 5‰; Thứ tảo khuê nước rộng muối: sống vùng cửa sơng có biến động độ muối cao (Cyclotella meneghiniana) Tóm lại, thay đổi độ mặn ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp đến tảo:Độc tố sinh gây nên thay đổi sinh lý học dẫn đến làm gia tăng số loài Gián tiếp thay đổi cấu trúc vai trò quần thể :Do biến thêm vào lồi có vai trò khác nhau: làm thức ăn, chổ trú ẩn thay đổi sinh vật Nhân tố khác bảo hòa hay nơi cư trú tương tác với độ mặn tác động gián tiếp lên giàu loài (Bailey &James, 2000; Clunie et al., 2002) Tảo sống sinh trưởng mơi trường có độ mặn thấp mơi trường sống ban đầu tới 15 ppt Độ mặn tối ưu cho tảo phát triển từ 20 – 24 ppt (Coutteau, 1996) Sự thay đổi độ mặn đột ngột làm giảm mật độ tốc độ tăng trưởng phát triển tảo Theo Lê Viễn Chí, độ mặn thay đổi làm biến đổi áp suất thẩm thấu tế bào, hạn chế q trình quang hợp, hơ hấp, tốc độ sinh trưởng tế bào bị hạn chế giảm tích luỹ glucose (khi độ mặn giảm đột ngột 4,8 ppt) Ngồi ra, độ mặn ảnh hưởng đến thành phần sinh hoá thành phần acid béo tảo, ảnh hưởng nhẹ đến hàm lượng protein, carbohydrate, chlorophyll a ... đảm bảo.Chính tơi thực đề tài : “ Đánh giá số yếu tố ảnh hưởng tới hiệu xử lí nước thải sinh hoạt tảo ” Phần NỘI DUNG THỰC HIỆN (3-5 trang) Mỗi nội dung viết 0,5-1 trang VẤN ĐỀ CHÍNH trình bày nội... tồn chất hữu cư phân hủy sinh học mà khoảng 20 – 40% BOD thoát khỏi trình xử lý với bùn ( Bảng 1.1) Bảng 1.1 Thành phần đặc trưng loại nước thải sinh hoạt STT Thông số Nồng độ ( mg/l) Tổng chất... viết 0,5-1 trang VẤN ĐỀ CHÍNH trình bày nội dung (nếu có số liệu/kết nghiên cứu minh chứng cho vấn đề, phải trích dẫn theo quy định) Kết thúc phần tài liệu tham khảo phần đó, liệt kê tài liệu tham